マグネトロンスパッタ装置
【課題】成膜速度の面内均一性を確保しながら、成膜速度を高め、ターゲットの使用効率を向上したマグネトロンスパッタ装置を提供する。
【解決手段】ターゲット３１の背面側に設けられたマグネット配列体５は、両端が互に異極である棒状マグネットが網の目状に配置されると共に、網の目の交点にて、棒状マグネットの端面に囲まれる領域には透磁性のコア部材を設けるように構成されている。棒状マグネットの両端の極からの磁束がコア部材を通して出ていくため、隣接する棒状マグネット同士の磁束の反発が抑えられて磁束線の歪みが抑制され、水平磁場が広い範囲で形成される。このため、高密度のプラズマが広範囲に均一に形成され、成膜速度の面内均一性を確保しながら、速い成膜速度が得られる。また、ターゲット３１のエロージョンの面内均一性が良好であり、エロージョンが均一性を持って進行するため、ターゲット３１の使用効率が高くなる。
【解決手段】ターゲット３１の背面側に設けられたマグネット配列体５は、両端が互に異極である棒状マグネットが網の目状に配置されると共に、網の目の交点にて、棒状マグネットの端面に囲まれる領域には透磁性のコア部材を設けるように構成されている。棒状マグネットの両端の極からの磁束がコア部材を通して出ていくため、隣接する棒状マグネット同士の磁束の反発が抑えられて磁束線の歪みが抑制され、水平磁場が広い範囲で形成される。このため、高密度のプラズマが広範囲に均一に形成され、成膜速度の面内均一性を確保しながら、速い成膜速度が得られる。また、ターゲット３１のエロージョンの面内均一性が良好であり、エロージョンが均一性を持って進行するため、ターゲット３１の使用効率が高くなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネトロンスパッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程で用いられるマグネトロンスパッタ装置は、例えば図１３に示すように、低圧雰囲気に設定された真空容器１１内に、基板１２と対向するように成膜材料よりなるターゲット１３を配置すると共に、ターゲット１３の上面側にマグネット体１４を設け、ターゲット１３が導電体例えば金属である場合には、負の直流電圧を印加した状態でターゲット１３の下面近傍に磁場を形成するように構成されている。また、真空容器１１の内壁への粒子の付着を防止するために防着シールド（図示せず）が設けられている。
【０００３】
前記マグネット体１４は図１４に示すように、一般的には例えば環状のマグネット１５の内側に、当該マグネット１５と異なる極性の円形のマグネット１６を配置して構成されている。なお、図１４はマグネット体１４をターゲット１３側から見た平面図であり、この例では、外側のマグネット１５の極性はターゲット１３側がＳ極、内側のマグネット１６の極性はターゲット１３側がＮ極になるように夫々設定されている。こうして、ターゲット１３の下面近傍には前記外側のマグネット１５に基づくカスプ磁界と内側のマグネット１６に基づくカスプ磁界とにより水平磁場が形成される。
【０００４】
前記真空容器１１内に、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスを導入して、ＤＣ電源部１５からターゲット１３に負の直流電圧を印加すると、この電界によってＡｒガスが電離し、電子が生成する。この電子は、前記水平磁場と電界とによってドリフトし、こうして高密度プラズマが形成される。そして、プラズマ中のＡｒイオンがターゲット１３をスパッタしてターゲット１３から金属粒子を叩き出し、当該放出された金属粒子によって基板１２の成膜が行われる。
【０００５】
このようなメカニズムであることから、ターゲット１３の下面では、図１５に示すように、外側のマグネット１５と内側のマグネット１６との中間部直下に、マグネットの配列に沿った環状のエロージョン１７が形成される。この際、ターゲット１３全面でエロージョン１７を形成するためにマグネット体１４を回転させているが、既述のマグネット配列では、ターゲット１３の半径方向において均一にエロージョン１７を形成することは困難である。
【０００６】
一方、基板面内の成膜速度分布はターゲット１３面内のエロージョン１７の強弱（スパッタ速度の大小）に依存する。従って、上記のようにエロージョン１７の均一性が悪い場合には、図１５に点線で示すように、ターゲット１３と基板１２との距離を小さくすると、エロージョンの形状がそのまま反映されて基板面内の成膜速度の均一性が悪化してしまう。このようなことから、従来ではターゲット１３と基板との距離を５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度と大きくしてスパッタ処理を行っている。
【０００７】
この際、ターゲット１３からスパッタにより放出された粒子は外方へ飛散していくので、ターゲット１３から基板１２を離すと、防着シールドに付着するスパッタ粒子が多くなり、基板外周部の成膜速度が低下してしまう。このため、外周部のエロージョンが深くなるように、即ち外周のスパッタ速度を高めるようにして、基板面内の成膜速度の均一性を確保することが一般的に行われている。しかしながら、この構成では、既述のように防着シールドに付着するスパッタ粒子が多くなることから、成膜効率が１０％程度と非常に低く、速い成膜速度が得られない。
【０００８】
また、ターゲット１３はエロージョン１７が裏面側に到達する直前に交換する必要があるが、既述のように、エロージョン１７の面内均一性が低く、エロージョン１７の進行が早い部位が局所的に存在すると、この部位に合わせてターゲット１３の交換時期が決定されるため、ターゲット１３の使用効率は４０％程度と低くなる。製造コストを低減し、生産性を向上させるためには、ターゲット１３の使用効率を高くすることも要求されている。
【０００９】
ところで近年では、メモリーデバイスの配線材料としてタングステン（Ｗ）膜が注目されており、例えば３００ｎｍ／ｍｉｎ程度の成膜速度で成膜することが要請されている。上述の構成では、例えば印加電力を１５ｋＷｈ程度に大きくすることにより前記成膜速度を確保することができるが、機構が複雑であり、稼働率が低く、製造コストが高くなってしまう。
【００１０】
ここで、成膜速度の面内均一性を確保するためには、エロージョンの面内均一性を向上させる必要があるが、この手法として複数のマグネットを平面的に配列することが検討されている。特許文献１には、任意の２つの間で等距離を有し、かつ交互の極性を有する複数のマグネットをターゲットと対向するように平面的に配列し、ターゲットの下側にポイントカスプ磁界を生成する構成が提案されている。また、特許文献２には、各々ターゲットの表面と平行な中心軸を備える複数のマグネットを、互いの中心軸が略平行になるように配置すると共に、複数のマグネットをＮ極とＳ極とが前記中心軸に対して略直角方向に互いに対向するように形成した技術が記載されている。
【００１１】
このようにマグネットを配列する構成において、成膜速度を高める場合、マグネットの配列間隔を狭めたり、表面磁束密度を大きくして磁場の強度を大きくすることが考えられる。しかしながら、このようにすると、互いに磁束の反発が強くなり、磁束線が歪み、水平磁場が得られる範囲が狭くなってしまう。これら特許文献１及び特許文献２には、水平磁場を広い範囲で形成するマグネット配列については記載されておらず、これらの技術を用いても、成膜速度の面内均一性を確保しながら、速い成膜速度を得るという本発明の課題を解決することはできない。
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−１６２１３８号公報
【特許文献２】特開２０００−３０９８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は、成膜速度の面内均一性を確保しながら、速い成膜速度を得ると共に、ターゲットの使用効率を向上させることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、真空容器内に載置された被処理基板に対向するようにターゲットを配置し、このターゲットの背面側にマグネットを設けたマグネトロンスパッタ装置において、
前記ターゲットに電圧を印加する電源部と、
前記ターゲットの背面側に設けられたベース体にマグネット群を配列したマグネット配列体と、を備え、
前記マグネット配列体は、
両端が互いに異極である棒状のマグネットを、ターゲットに対向する面に沿って網の目状に配置したことと、
各網の目の形状が２ｎ（ｎは２以上の整数）角形であることと、
網の目の交点にて棒状のマグネットの端面に囲まれる領域には透磁性のコア部材が設けられていることと、
コア部材を囲む棒状のマグネットの端部同士は互いに同極であることと、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、マグネトロンスパッタ装置において、ターゲットの背面側に設けられたベース体にマグネット群を配列したマグネット配列体を備え、このマグネット配列体は、両端が互に異極である棒状のマグネットが網の目状に配置されると共に、網の目の交点にて、棒状のマグネットの端面に囲まれる領域には透磁性のコア部材が設けられる領域を備えている。この領域では、棒状のマグネットの両端の極からの磁束がコア部材を通して出ていくため、隣接する棒状のマグネット同士の磁束の反発が抑えられて磁束線の歪みが抑制され、水平性が高い磁場（水平磁場）が広い範囲で形成される。この結果、高密度のプラズマが広範囲で均一に形成されるため、成膜速度の面内均一性を確保しながら、速い成膜速度を得ることができる。
【００１６】
また、棒状のマグネットが網の目状に配置されているため、ターゲットに形成されるエロージョンの面内均一性が良好であり、さらにプラズマ密度の均一性が高いことからターゲットの面内においてエロージョンが均一性を持って進行する。このため、局所的にエロージョンが進行する場合に比べてターゲットの寿命が長くなり、ターゲットの使用効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明にかかるマグネトロンスパッタ装置の一実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】前記マグネトロンスパッタ装置に設けられたマグネット配列体の一例を示す平面図である。
【図３】マグネット配列体を示す側面図である。
【図４】マグネット配列体に設けられた棒状マグネットとコア部材の一部を示す斜視図である。
【図５】マグネット配列体を示す平面図である。
【図６】マグネット配列体の作用を示す側面図である。
【図７】ターゲットと基板との距離と成膜効率及び成膜速度の面内均一性との関係を示す特性図である。
【図８】マグネット配列体の他の例を示す平面図である。
【図９】マグネット配列体のさらに他の例を示す平面図である。
【図１０】マグネット配列体の一部を示す平面図である。
【図１１】マグネット配列体のさらに他の例を示す平面図である。
【図１２】マグネトロンスパッタ装置の他の例を示す縦断面図である。
【図１３】従来のマグネトロンスパッタ装置を示す縦断面図である。
【図１４】従来のマグネトロンスパッタ装置に用いられるマグネット体を示す平面図である。
【図１５】従来のマグネトロンスパッタ装置の作用を説明する縦断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の一実施の形態に係るマグネトロンスパッタ装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、前記マグネトロンスパッタ装置の一例を示す縦断面図であり、図中２は例えばアルミニウム（Ａｌ）により構成され、接地された真空容器２である。この真空容器２は天井部が開口しており、この開口部２１を塞ぐようにターゲット電極３が設けられている。このターゲット電極３は、成膜材料例えばタングステン（Ｗ）よりなるターゲット３１を、例えば銅（Ｃｕ）若しくはアルミニウム（Ａｌ）よりなる導電性のベース板３２の下面に接合することにより構成されている。前記ターゲット３１は例えば平面形状が円形状に構成され、その直径は被処理基板をなす半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）１０よりも大きくなるように、例えば４００乃至４５０ｍｍに設定されている。
【００１９】
前記ベース板３２はターゲット３１よりも大きく形成され、ベース板３２の下面の周縁領域が真空容器２の開口部２１の周囲に載置されるように設けられている。この際、ベース板３２の周縁部と真空容器２との間には、環状の絶縁部材２２が設けられており、こうして、ターゲット電極３は、真空容器２とは電気的に絶縁された状態で真空容器２に固定されている。また、このターゲット電極３には電源部３３により負の直流電圧が印加されるようになっている。
【００２０】
真空容器２内には前記ターゲット電極３と平行に対向するように、ウエハ１０を水平に載置する載置部４が設けられている。この載置部４は例えばアルミニウムからなる電極（対向電極）として構成され、高周波電力を供給する高周波電源部４１が接続されている。当該載置部４は、昇降機構４２により、ウエハ１０を真空チャンバ２に対して搬入出する搬送位置と、スパッタ時における処理位置との間で昇降自在に構成されている。前記処理位置では、例えば載置部４上のウエハ１０の上面と、ターゲット３１の下面との距離ｈが例えば１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下に設定されている。
【００２１】
また、この載置部４の内部には、加熱機構をなすヒータ４３が内蔵され、ウエハ１０が例えば４００℃に加熱されるようになっている。さらに、この載置部４には、当該載置部４と図示しない外部の搬送アームとの間でウエハ１０を受け渡すための図示しない突出ピンが設けられている。
【００２２】
真空容器２の内部には、ターゲット電極３の下方側を周方向に沿って囲むように環状のチャンバシールド部材４４が設けられていると共に、載置部４の側方を周方向に沿って囲むように環状のホルダシールド部材４５が設けられている。これらは、真空容器２の内壁へのスパッタ粒子の付着を抑えるために設けられるものであり、例えばアルミニウム若しくはアルミニウムを母材とする合金等の導電体により構成されている。チャンバシールド部材４４は例えば真空容器２の天井部の内壁に接続されており、真空容器２を介して接地されている。また、ホルダシールド部材４５を介して載置部４が接地されるように、ホルダシールド部材４５が接地されている。
【００２３】
さらに、真空容器２は、排気路２３を介して真空排気機構である真空ポンプ２４に接続されると共に、供給路２５を介して不活性ガス例えばＡｒガスの供給源２６に接続されている。図中２７は、ゲートバルブ２８により開閉自在に構成されたウエハ１０の搬送口である。
【００２４】
ターゲット電極３の上部側には、当該ターゲット電極３と近接するようにマグネット配列体５が設けられている。このマグネット配列体５は、図２及び図３（図２のＬ１線側面図）に示すように、比透磁率の高い材料例えば鉄（Ｆｅ）よりなるベース体５１にマグネット群５２を配列することにより構成されている。図２は、ターゲット３１側からマグネット群５２を見たときの平面図である。前記ベース体５１はターゲット３１と対向するように設けられ、その平面形状はターゲット３１よりも大きい円形状に形成されている。このベース体５１は、その中心Ｏがターゲット３１の中心と対向する位置になるように配置されており、例えばベース体５１の直径はターゲット径よりも６０ｍｍ程度大きい値に設定されている。
【００２５】
前記マグネット群５２は、両端が互に異極である棒状のマグネット６と、透磁性のコア部材７とより構成された内側マグネット群５３と、この内側マグネット群５３の外側に設けられたリターン用のマグネット８を備えている。これら棒状マグネット６、コア部材７及びリターン用のマグネット８は、カスプ磁界による電子のドリフトに基づいてウエハ１０の投影領域全体に亘ってプラズマが発生するように、ターゲット３１に対向する面に沿って配列されている。
【００２６】
前記棒状マグネット６は、ターゲット３１に対向する面に沿って網の目状に配置されており、各網の目の形状が２ｎ（ｎは２以上の整数）角形に形成されている。また、網の目の交点にて棒状マグネット６の端面に囲まれる領域にはコア部材７が設けられ、コア部材７を囲む棒状マグネット６の端部同士は互いに同極になるように配置されている。
【００２７】
具体的には、棒状マグネット６及びコア部材７は、図２に示すように、碁盤のライン状の線状部分に棒状マグネット６、交点部分にコア部材７が夫々配置されている。こうして、棒状マグネット６を正方形状（ｎ＝２の２ｎ角形状）に配列すると共に、４つの交点部分に夫々コア部材７を配置し、棒状マグネット６のコア部材７を囲む部分は同極となるように設定されている。これにより、図４に中心のコア部材７１を例にして示すように、一つのコア部材７（７１）の周りに、同じ極性を当該コア部材７（７１）に向けるように、４本の棒状マグネット６（６１ａ〜６１ｄ）が９０度間隔で放射状に配置されたユニット６０が、ベース体５１の下面側（ターゲット３１側）に多数配列されることになる。
【００２８】
また、前記内側マグネット群５３には、例えばベース体５１の中心Ｏを中心に回転させたときに回転対象となるように、棒状マグネット６及びコア部材７が配列されている。図２の例では、前記中心Ｏにコア部材７１が配置され、前記中心Ｏにて互いに直交する２本の直線Ｌ１、Ｌ２上に夫々棒状マグネット６を配列するようにレイアウトされている。
【００２９】
例えば図２において、ターゲット３１の左右方向をＸ方向、ターゲット３１の奥行方向をＹ方向とすると、前記直線Ｌ１は前記左右方向に伸び、直線Ｌ２は前記奥行方向に伸びるように設けられている。そして、棒状マグネット６は例えば平面形状が長方形状に構成され、その長さ方向が前記左右方向と、前記奥行方向に夫々平行になるように配列されて、４本の棒状マグネット６により正方形を形成するように配列されている。
【００３０】
前記コア部材７は、透磁性の材料例えば鉄（Ｆｅ）により構成される。ここで、透磁性とは、比透磁率が１０００以上であることをいい、前記鉄の他、珪素鋼、パーマロイ等をコア部材７として用いることができる。このコア部材７は、例えば平面形状が正方形状に構成され、この例では棒状マグネット６との間に僅かな隙間を介して設けられている。例えば全ての棒状マグネット６及びコア部材７が同じ形状及び大きさに構成されると共に、棒状マグネット６とコア部材７との離間間隔が揃うように配置され、こうして、この例では棒状マグネット６とコア部材７が４回対象に配列されている。
【００３１】
ここで、コア部材７を中心として電子のドリフト運動が発生するように、棒状マグネット６とコア部材７の配列体が構成されている。電子のドリフトを起こりやすくするためには、水平性の高い磁場を広く形成することが必要であり、このため、コア部材７と棒状マグネット６をできるだけ接近させ、かつコア部材７を囲む棒状マグネット６同士の間では、コア部材７の端部から棒状マグネット６の端部までの距離が揃っていることが好ましい。ここで前記距離が揃っているとは、コア部材７の端部とこれに隣接する棒状マグネット６の端部との距離の平均値に対して、各々の距離が±１０％以内にあることをいう。また、図２にはコア部材７と棒状マグネット６とを離間して配列する例を記載したが、棒状マグネット６同士はコア部材７を介してできるだけ接近して設けることが好ましいことから、磁場の漏れをなくすために、棒状マグネット６とコア部材７とを接触させて設けるようにしてもよい。このため、コア部材７と棒状マグネット６との離間間隔Ｄ１は０ｍｍ〜３ｍｍに設定される。
【００３２】
また、均一な磁場を形成するためには、コア部材７を囲む棒状マグネット６同士の間では、コア部材７の中心から棒状マグネット６の端部までの距離が揃っていることが好ましい。このため、上述の例では、コア部材７を中心として四方向に棒状マグネット６が放射状に配列されるため、コア部材７は正方形状に構成され、コア部材７の一辺は、棒状マグネット６の幅と同じ程度に構成されている。
【００３３】
ここで、例えば棒状マグネット６とコア部材７の大きさの一例を示すと、棒状マグネット６は、長さが１０ｍｍ〜５０ｍｍ、幅が５ｍｍ〜２０ｍｍ、高さが５ｍｍ〜２０ｍｍ程度であり、コア部材７は、その大きさは一辺が５ｍｍ〜２０ｍｍ、高さが５ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。この際、磁場の漏れを少なくするためには、棒状マグネット６の両端の端面形状と、コア部材７の棒状マグネット６に対応する端面の形状とが揃っていることが好ましいが、必ずしも両者の形状が揃うように構成する必要はない。
【００３４】
マグネット群５２の最外周にはリターン用のマグネット８が設けられており、このリターン用マグネット８は、電子がカスプ磁界による拘束から解放されてカスプ磁界の外に飛び出すことを阻止するように、ライン状に配列されている。ここで、内側マグネット群５３において、最も外側に位置する棒状マグネットを外側マグネット６２と呼ぶことにすると、図２の構成では、マグネット６２ａ，６２ｂ、６２ｃ，６２ｄ、６２ｅ，６２ｆ、６２ｇ，６２ｈが外側マグネットに相当する。そして、この例では、外側マグネット６２ａ，６２ｂの組と外側マグネット６２ｅ，６２ｆの組は、前記左右方向に平行に配列され、外側マグネット６２ｃ，６２ｄの組と外側マグネット６２ｇ，６２ｈの組は、前記奥行方向に平行に配列されている。
【００３５】
前記リターン用マグネット８（８ａ〜８ｈ）は例えば８個設けられており、前記外側マグネット６２の組に対向するように前記左右方向又は奥行方向に平行に配置されると共に、外側マグネット６２の組に対向しないものは斜めに配置され、こうして内側マグネット群５３の周囲に、互いに間隔を開けて略八角形を形成するように配列されている。
【００３６】
このリターン用マグネット８は例えば平面形状が長方形状に形成されている。また、外側マグネット６２の組に対向して設けられたリターン用マグネット８について、リターン用マグネット８ａを例にして説明すると、その長さ方向の中心が外側マグネット６２ａ，６２ｂの中央に位置するコア部材７２ｂと対応するように設けられ、その長さ方向の両端部が外側マグネット６２ａ，６２ｂの両端部に夫々位置するコア部材７２ａ，７２ｃよりも内側に位置するように設けられている。さらに、リターン用マグネット８ａの極性は、前記中央に位置するコア部材７２ｂを囲む棒状マグネット６２ａ，６２ｂの端面の極性と異なる極性、この例ではＳ極に設定されている。図２は、ターゲット電極３側からマグネット配列体５を見た図であり、リターン用マグネット８ａは、ターゲット電極３側がＳ極、ベース体５１側がＮ極になっている。また、内側マグネット群５３の最外周である外側マグネット６２と対向するリターン用マグネット８は、前記外側マグネット６２との離間間隔Ｄ２が互いに等しくなるように設けられている。
【００３７】
前記マグネット群５２は、ドリフトしている電子群の運動領域よりもウエハ１０の周縁位置が内側になるように構成されている。また、ウエハ１０の外縁から５０ｍｍ外方の領域に、内側マグネット群５３とリターン用マグネット８の離間部分があると、成膜速度分布の均一性が良好であることがシミュレーションより明らかであり、このように構成することが好ましい。
【００３８】
さらに、ターゲット３１の外縁位置が内側マグネット群５３とリターン用のマグネット８の離間部分にあるように設定すると、リターン用マグネット８による水平磁場がターゲット３１外周を覆い、ターゲット３１全面でのエロージョンが可能となる。ターゲット３１よりマグネットの形成領域が大きくなると、異常放電が発生するおそれがあるが、リターン用マグネット８の磁束と、内側マグネット群５３を構成する棒状マグネット６の磁束の収支を合わせることによって、異常放電を防ぐことができると捉えている。
【００３９】
さらに、各リターン用マグネット８の磁束と、これに対応する内側マグネット群５３の外側マグネット６２の磁束の収支が合うように、リターン用マグネット８と内側マグネット群５３の夫々の表面磁束密度が調整されている。また、水平磁場（磁束密度）の強度は、安定した放電を得るために、例えば１００〜３００Ｇに設定することが好ましい。この磁束密度は、棒状マグネット６の大きさ、表面磁束密度、配列数、コア部材７と棒状マグネットとの間隔Ｄ１、リターン用マグネット８と内側マグネット群５３との間隔Ｄ２、後述する回転偏心量等により適宜設計される。
【００４０】
さらに、後述するように、リターン用マグネット８と内側マグネット群５３との夫々に電離が起こり、リターン用マグネット８と内側マグネット群５３とでは電離の強さが異なるが、リターン用マグネット８の大きさや表面磁束密度、内側マグネット群５３との離間間隔Ｄ２を調整することによって、電離の強さを制御することができる。
【００４１】
このように、棒状マグネット６やコア部材７の形状や大きさや、配列間隔等の種々の条件を調整することにより、ターゲット３１の直下で均一な磁界が形成されるようにマグネット配列体５が設計される。この際、図２に示す例は、マグネット群５２とウエハ１０とベース体５１との相対的大きさを示すものであるが、このマグネット群５２は構成例の一つであり、ウエハ１０の大きさに合わせて、棒状マグネット６、リターン用のマグネット８の設置数が適宜増減される。
【００４２】
ここで、設計例の一つを示すと、リターン用マグネット８は、縦断面の大きさが例えば１０ｍｍ×２０ｍｍ、長さが例えば１２０ｍｍ、表面磁束密度は２乃至３ｋＧであるが、その大きさや積層数を調整することにより、内側マグネット群５３の外側マグネットとに対する磁力の最適化を図ることができる。また、内側マグネット群５３の最外周の外側マグネット６２とリターン用マグネット８との離間間隔Ｄ２は例えば５乃至３０ｍｍに夫々設定されている。
【００４３】
また、例えばマグネット群５２を構成する棒状マグネット６，リターン用のマグネット８とは同じ高さに設定され、これらマグネット６，８の下面の高さ位置は揃うように構成されている。そして、これらマグネット６，８の下面とターゲット３１の上面までの距離は、例えば１５〜４０ｍｍに設定される。但し、棒状マグネット６、コア部材７及びリターン用マグネット８は、必ずしも同じ高さに設定する必要はない。
【００４４】
前記マグネット配列体５のベース体５１の上面は、回転軸５５を介して回転機構５６に接続されており、この回転機構５６によりマグネット配列体５は、ウエハ１０に対して直交する軸の周りに回転自在に構成されている。この例では、図３に示すように、回転軸５５はベース板５１の中心Ｏから偏心した位置に設けられている。この際の偏心距離については、ターゲット３１全面でのエロージョンを可能とするためには、偏心して回転させたときにも、ターゲット３１の外縁がマグネット群５２よりも内側に位置するように設定することが好ましい。このため、この例では、回転軸５５はベース板５１の中心Ｏから２０乃至３０ｍｍ偏心した位置に設けられている。
【００４５】
このマグネット配列体５の周囲には、当該マグネット配列体５の回転領域を形成した状態で、マグネット配列体５の上面及び側面を覆うように、冷却機構をなす冷却ジャケット５７が設けられている。この冷却ジャケット５７の内部には冷却媒体の流路５８が形成されており、当該流路５８内に所定温度に調整された冷却媒体例えば冷却水を供給部５９から循環供給することにより、マグネット配列体５及び当該マグネット配列体５を介してターゲット電極３が冷却されるように構成されている。
【００４６】
以上に説明した構成を備えるマグネトロンスパッタ装置は、電源部３３や高周波電源部４１からの電力供給動作、Ａｒガスの供給動作、昇降機構４２による載置部４の昇降動作、回転機構５６によるマグネット配列体５の回転動作、真空ポンプ２４による真空容器２の排気動作、ヒータ４３による加熱動作等を制御する制御部１００を備えている。この制御部１００は、例えば図示しないＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、この記憶部には、当該マグネトロンスパッタ装置によってウエハ１０への成膜を行うために必要な制御についてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記憶されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。
【００４７】
続いて、上述のマグネトロンスパッタ装置の作用について説明する。先ず、真空容器２の搬送口２７を開き、載置部４を受け渡し位置に配置して、図示しない外部の搬送機構及び突き上げピンの協働作業により、載置部４にウエハ１０を受け渡す。次いで、搬送口２７を閉じ、載置部４を処理位置まで上昇させる。また、真空容器２内にＡｒガスを導入すると共に、真空ポンプ２４により真空排気して、真空容器２内を所定の真空度例えば０．６６５〜１３．３Ｐａ（５〜１００ｍＴｏｒｒ）に維持する。一方、マグネット配列体５を回転機構５６により回転させながら、電源部３３からターゲット電極３に例えば１００Ｗ〜３０００Ｗの負の直流電圧を印加すると共に、高周波電源部４３から載置部４に数百ＫＨｚ〜百ＭＨ程度の高周波電圧を１０Ｗ〜１０００Ｗ程度印加する。また、冷却ジャケット５７の流路５８には、常時冷却水を通流させておく。
【００４８】
ターゲット電極３に直流電圧を印加すると、この電界によりＡｒガスが電離して電子を発生する。一方、マグネット配列体５のマグネット群５２により、内側マグネット群５３の棒状マグネット６同士の間、及び内側マグネット群５３の外側マグネットとリターン用マグネット８同士の間にカスプ磁界が形成され、このカスプ磁界が連続してターゲット３１の表面（スパッタされる面）近傍に水平磁場が形成される。
【００４９】
こうして、ターゲット３１近傍の電界と前記水平磁場によりマグネトロン放電が起こる。そして、ターゲット３１近傍の電界Ｅと前記水平磁場ＢによるＥ×Ｂの方向に前記電子が加速され、ドリフト運動を起こす。そして、加速によって十分なエネルギーを持った電子が、さらにＡｒガスと衝突し、電離を起こしてプラズマを形成する。
【００５０】
ここで、前記電子のドリフトの方向について図５に模式的に示す。このように例えば、コア部材７の周囲がＮ極で囲まれた棒状マグネット６のユニット６０Ａでは、当該コア部材７を反時計回りに周回するように電子がドリフトし、コア部材の周囲がＳ極で囲まれた棒状マグネット６のユニット６０Ｂでは、当該コア部材を時計回りに周回するように電子がドリフトする。
【００５１】
この際、内側マグネット群５３では、コア部材７を介して棒状マグネット６が隣接するが、コア部材７は透磁性であり、比透磁率が高いため、棒状マグネット６の両端からの磁束は、図６（ａ）に磁束線を点線にて示すようにコア部材７を透過する。そして、コア部材７と棒状マグネット６とは互いに接触しているか、あるいは接近しているので、コア部材７から新たに磁束が出て行く状態が得られ、コア部材７が設けられた交差領域の下方側においても水平性の高い磁場（水平磁場）が形成される。こうして、コア部材７を設けることにより、前記交差領域側に磁場の形成範囲を寄せることができるので、棒状マグネット６による水平磁場がマグネットの長さ方向及び上下方向（図中Ｚ方向）の広い範囲で形成される。
【００５２】
この例のマグネット群５２のレイアウトによれば、既述のようにドリフトしている電子群の運動領域よりもウエハ１０の周縁位置が内側になるように設定されている。これにより、マグネット配列体５が静止している時に、電子のドリフトに基づいてウエハ１０の投影領域全体に亘ってプラズマが発生することになる。そして電子は、一つのコア部材７の周囲のみだけではなく、全てのコア部材７の周囲を周回するように飛び回りながら加速され、Ａｒガスとの衝突と電離を繰り返し、プラズマ中のＡｒイオンがターゲット３１をスパッタする。また、このスパッタにより生成された二次電子は前記水平磁場に捕捉されて、同様にドリフトして、内側マグネット群５３が形成された領域全体の電離に寄与する。
【００５３】
このように、棒状マグネット６を網の目状に配置すると共に、網の目の交点にて、棒状マグネット６の端面に囲まれる領域には透磁性のコア部材７を設け、コア部材７を囲む棒状マグネット６の端部同士は互いに同極になるようにマグネット配列体５を構成しているので、コア部材７が設けられた交差領域側に磁場を引き寄せることができ、水平磁場を広く形成することができる。水平磁場ではドリフト運動が強く起こり、電子密度が高くなるため、水平磁場を広く形成することにより、結果としてターゲット３１の直下近傍において、高密度のプラズマを広範囲に、高い面内均一性を確保しながら生成することができる。また、プラズマ密度が高くなることから、速い成膜速度を得ることができる。
【００５４】
一方、コア部材７を設けない場合には、棒状マグネット６同士を接近させると、図６（ｂ）に示すように、互いの磁束の反発が強くなり、磁束線が棒状マグネット６側に歪んでしまう。このため、前記交差領域の下方側近傍領域では磁場が歪み、水平性が高い磁場を形成することが難しくなる。また、棒状マグネット６同士を離すと、図６（ｃ）に示すように、互いの磁束の反発が弱くなるため、磁場の歪みが小さくなるが、前記交差領域には下方側近傍領域では磁場が弱くなってしまう。さらに上下方向の磁場の減衰が大きく、強い磁場が得られなくなってしまう。このように、棒状マグネット６を網の目状に配列しただけでは、水平磁場の形成領域が小さくなってしまうので、電子のドリフト運動が弱くなる。この結果、高いプラズマ密度を得られないため、速い成膜速度を得ることが難しい。
【００５５】
さらに、上述の例ではリターン用マグネット８を設けているので、カスプ磁界の拘束によって電子がカスプ磁界の外に飛び出すことが阻止される。リターン用マグネット８ａを例にして説明すると、当該リターン用マグネット８ａは、既述のように直線状に伸びる帯状に形成されている。従って、コア部材７２ｂは、棒状マグネット６２ａ，６２ｂ，６１ｇと、リターン用マグネット８ａにより囲まれた状態になる。そして、リターン用マグネット８ａ由来のカスプ磁界の磁束と、棒状マグネット６２ａ，６２ｂ，６１ｇ由来のカスプ磁界の磁束とが結合するため、電子はカスプ磁界に沿って動き、コア部材７２ｂの周りを反時計周りに周回するようにドリフトし、再び棒状マグネット６群による領域（内側マグネット群５３）に戻される。
【００５６】
このようにリターン用マグネット８を設けることにより、リターン用マグネット８と内側マグネット群５３との間においても電離は起こり、マグネット群５２が形成された領域全体の電離に寄与するため、より高密度のプラズマを高い面内均一性で生成することができる。
【００５７】
こうして、Ａｒガスの電離を繰り返すことによりＡｒイオンを生成し、このＡｒイオンによりターゲット３１がスパッタされる。これによりターゲット３１表面から叩き出されたタングステン粒子は真空容器２内に飛散していき、この粒子が載置部４上のウエハ１０表面に付着することで、ウエハ１０にタングステンの薄膜が形成される。また、ウエハ１０から外れた粒子は、チャンバシールド部材４４やホルダシールド部材４５に付着する。この際、載置部４には高周波電力が供給されているので、Ａｒイオンのウエハ１０への入射が誘引され、ヒータ４３による加熱との相乗作用により緻密で抵抗の低い薄膜が形成される。
【００５８】
ところで、ターゲット３１のエロージョンは既述のように、互いに異極のマグネット同士の間の中間部（中心及びその付近）に形成されるが、上述のマグネット配列体５では、棒状マグネット６を網の目状に配列しているので、エロージョンが発生する箇所が多く、ターゲット３１の全面に亘って周期的にエロージョンが形成される。また、既述のように、ウエハ１０の投影領域全体に亘って、プラズマ密度を均一にすることができるため、エロージョンの進行の程度が揃えられ、この点からも面内均一性が高くなる。
【００５９】
この際、エロージョンの均一性をより高くするために、マグネット配列体５を回転機構５６により鉛直軸回りに回転させている。プラズマ密度をミクロ的に見ると、水平磁場に基づく高低が形成されているが、マグネット配列体５を回転させることにより、このプラズマ密度の高低が均されるからである。さらに、この実施の形態では、マグネット配列体５を、ベース体５１の中心から偏心させた位置を中心として回転させているので、成膜速度分布の均一性がより高くなる。
【００６０】
つまり、マグネット配列体５の下方側では、マグネット配列体５を静止させているときには、水平磁場がなくて電離が起こらずにスパッタが起きにくい部位が周期的に存在する。このため、マグネット配列体５の直径方向でみれば、成膜速度分布は小さな凹凸が周期的に存在する形状となる。従って、マグネット配列体５を偏心回転させると、この凹凸が相殺され、より均一な成膜速度分布を得ることができる。
【００６１】
このようにエロージョンの面内均一性が高いことから、ウエハ１０をターゲット３１に接近させてスパッタ処理を行うことができる。これにより、ターゲット３１からスパッタされた粒子が速やかにウエハ１０へ付着していくため、ウエハ１０の薄膜の形成に寄与するスパッタ粒子が多くなり、成膜効率が高くなる。ここで、図７に、ターゲット３１とウエハ１０との距離と、成膜効率及び成膜速度の面内均一性との各関係を示す。横軸がターゲット３１とウエハ１０との距離、左縦軸が成膜効率、右縦軸が成膜速度の面内均一性を夫々示している。成膜速度の面内均一性については、実線Ａ１にて本発明の構成、二点鎖線Ａ２にて従来の構成（図１３に示す構成）のデータを夫々示し、成膜効率については、一点鎖線Ｂ１にて本発明の構成、点線Ｂ２にて従来の構成のデータを夫々示している。
【００６２】
面内均一性に着目すると、本発明では、ターゲット３１とウエハ１０との距離が小さい程均一性が高く、前記距離が大きくなるにつれて次第に低下していく。また、成膜効率に着目すると、ターゲット３１とウエハ１０との距離が小さい程、成膜効率が高く、前記距離が大きくなるにつれて次第に低下していく。このように、本発明の構成では、ターゲット３１とウエハ１０との距離が小さい程、成膜速度の面内均一性、成膜効率が共に良好になる。但し、ターゲット３１とウエハ１０とを接近させ過ぎると、プラズマの生成空間が小さくなり過ぎ、放電が発生しにくいため、ターゲット３１とウエハ１０との距離は１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、特に１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下に設定することが好ましい。
【００６３】
これに対して、従来の構成では、ターゲット３１とウエハ１０との距離が小さい場合には、成膜速度の面内均一性が非常に低く、前記距離が大きくなるにつれて高くなり、ある距離を過ぎると再び低下していく。このため、高い面内均一性を確保しようとすると、ターゲット３１とウエハ１０との距離を大きく取らざるを得ないが、前記距離を大きくすると、成膜効率については本発明の構成に比べてかなり低くなってしまう。
【００６４】
上述の実施の形態によれば、棒状マグネット６を網の目状に配置すると共に、網の目の交点にて、棒状マグネット６の端面に囲まれる領域には透磁性のコア部材７を設け、コア部材７を囲む棒状マグネット６の端部同士は互いに同極になるようにマグネット配列体５を構成しているので既述のように水平磁場を広い範囲で形成できる。このため、高密度なプラズマを広い範囲で均一に形成できるので、成膜速度の面内均一性を確保しながら、速い成膜速度を得ることができる。また、マグネットの水平磁場に基づいてターゲットに形成されるエロージョンの面内均一性が向上し、面内全体で一様にエロージョンが進行する。これにより、ターゲット３１の寿命が長くなり、ターゲット３１の使用効率を高くすることができる。
【００６５】
また、リターン用マグネット８を設ける場合には、電子損失を抑制することができるので、より成膜速度の面内均一性が向上し、速い成膜速度が得られる。さらに、マグネット配列体５を回転させる場合には、エロージョンの面内均一性をより高めることができるので、成膜速度の面内均一性がさらに向上する。さらにまた、ウエハ１０とターゲット３１を５０ｍｍ以下に接近させると、ウエハ１０の薄膜の形成に寄与するスパッタ粒子が多くなることから、成膜速度を高めて成膜効率を向上させることができ、既述の図７に示すように、成膜速度の面内均一性も高くなる。
【００６６】
実際に、上述の条件で、ウエハ１０とターゲット３１との離間間隔を１０〜５０ｍｍに設定して、３００ｍｍサイズのウエハ１０に対してＷ膜を形成したところ、４００ｎｍ／ｍｉｎ程度の成膜速度を確保することができ、成膜速度の面内均一性も１〜３％と良好であることが確認された。また、ターゲット３１とウエハ１０との距離が２０ｍｍの場合には、３００ｎｍ／ｍｉｎ程度の成膜速度で厚さ５０ｎｍのＷ膜を成膜する場合の印加電力は４ｋＷｈ程度であり、図１３に示す従来のマグネトロンスパッタ装置に比べて成膜効率を３〜４倍に向上させることができることが認められた。これにより、消費電力を抑えて、低コスト化を図ることができ、また、ターゲット３１の使用効率も８０％程度と高くなるので、この点からも低コスト化を図ることができることが理解される。
【００６７】
続いて、マグネット配列体５１１の他の例について説明する。図８に示すマグネット群５２１は、コーナー部にも棒状マグネット６とコア部材７のユニット６０１〜６０２を配置し、このコーナー部のユニット６０１〜６０２を囲むように略Ｌ字状のリターン用のマグネット８１〜８４を設けるようにマグネットが配列されている。図８中矢印は電子がドリフトする方向を示している。その他の構成は図２のマグネット配列体５と同様である。
【００６８】
このような構成では、コーナー部においても、リターン用マグネット８１〜８４により電子の逃げが抑えられるため、電子損失を効率的に抑制することができる。従って、この例においても、上述の実施の形態と同様に、ターゲット３１の直下において、ウエハ１０の投影領域全体に亘って均一なプラズマを形成することができ、またエロージョンの面内均一性が高い。このため、高い成膜速度の面内均一性を確保しながら、成膜速度を大きくでき、ターゲット３１の使用効率も向上する。
【００６９】
また、図９に示すマグネット配列体５１２のマグネット群５２２は、電子ドリフトを更に起こしやすくするように構成した例である。このマグネット群５２２では、図１０に、その中心部を拡大して示すように、一つのコア部材７（７１１）から８方向に棒状マグネットが配置されている。これらの棒状マグネットは、コア部材７と共に２ｎ角形（この例では、ｎ＝２の正方形）を形成する主棒状マグネット６と、この主棒状マグネット６よりも短い補助棒状マグネット９とを備えている。主棒状マグネット６はコア部材７と共に、上述の図２に示すレイアウトと同様に配列されている。また、補助棒状マグネット９は、主棒状マグネット６同士の間に配置されると共に、補助棒状マグネット９のコア部材７を囲む部分は同極になるように設定されている。
【００７０】
こうして、主棒状マグネット６と補助棒状マグネット９とがコア部材７の周囲に等角度間隔で配置され、補助棒状マグネット９は、主棒状マグネット６より形成される正方形の対角線上に、２つのマグネットが長さ方向を揃えた状態で配列されることになる。また、最外周の補助棒状マグネット９の外方には、これら補助棒状マグネット９と平行に、これら補助棒状マグネット９とは間隔を開けてリターン用マグネット８５が設けられている。このリターン用のマグネット８，８５は、電子がターゲット３１の外側に飛び出しを抑えるために、電子のドリフト方向が形成されるように配置されている。
【００７１】
このようなマグネット群５２２では、図９中に矢印で電子のドリフト方向を示すように、補助棒状マグネット９は、主棒状マグネット６と同様に水平磁場を形成し、マグネットの長さ方向と直角方向にＥ×Ｂにより電子を加速する。これにより、コア部材７を中心とした電子を加速する場所が増え、より安定したドリフト運動が起こる。その結果、より電離が激しく起こるため、放電密度が高くなり、成膜速度が増大する。
【００７２】
このように、この例においても、上述の実施の形態と同様に、ターゲット３１の直下において、ウエハ１０の投影領域全体に亘って均一なプラズマを形成することができ、またエロージョンの面内均一性が高い。このため、成膜速度を大きくしながら、高い成膜速度の面内均一性を確保することができ、ターゲット３１の使用効率も向上する。実際に、電源部３３へのＤＣ電力が１００〜３０００Ｗ、真空容器２内の圧力が０．６６５〜１３．３Ｐａ（５〜１００ｍＴｏｒｒ）、ターゲット３１とウエハ１０との距離が１０〜１００ｍｍ、高周波電源部４１からの高周波電力が１０〜１０００Ｗの条件下で、３００ｍｍサイズのウエハ１０に対してＷ膜を成膜したところ、得られた成膜速度は、３００〜６００ｎｍ／ｍｉｎ、均一性は約１〜３％と良好であることが認められた。
【００７３】
以上において、本発明のマグネット配列体は、両端が互いに異極である棒状のマグネットを、ターゲットに対向する面に沿って網の目状に配置し、各網の目の形状が２ｎ（ｎは２以上の整数）角形であり、網の目の交点にて棒状のマグネットの端面に囲まれる領域には透磁性のコア部材が設けられ、コア部材を囲む棒状のマグネットの端部同士は互いに同極であるように構成すればよい。このため、図１１にマグネット配列体５１２のマグネット群５２３において、棒状マグネットの網の目を模式的に示すように、棒状マグネットを六角形状に配列するようにしてもよい。この際、図１１に点線にて補助棒状マグネット９Ａを示すように、主棒状マグネット６Ａを２ｎ角形（六角形状）に構成し、その内側に補助棒状マグネット９Ａを配列するようにしてもよい。この例では、コア部材７Ａは、その平面形状が六角形に形成されている。
【００７４】
ここで、棒状マグネットの平面形状は、長方形状に限らず、長楕円形状であってもよい。また、コア部材７の平面形状は、棒状マグネット６の配列形状に合わせて選択され、六角形や八角形等の多角形状や、円形状等に構成することができる。
【００７５】
さらに、本発明では、リターン用のマグネットは必ずしも設ける必要はないが、設ける場合には、電子をマグネット群の隙間からマグネット群の外に飛び出させずに内側に戻す役割を果たすようにライン状に配列されればよい。この場合、ライン状とは直線状でも曲線状でもよく、既述のように１つのマグネットをライン状に形成してもよいし、複数個のマグネットを互いに接触させて配列してもよい。電子の飛び出しを防いで内側に戻す役割を果たす場合には、複数個のマグネットを互いに僅かに間隔を開けて配列するようにしてもよい。
【００７６】
さらに、マグネット配列体５は必ずしも回転させる必要はないが、回転させるときには、マグネット配列体５は回転機構５６により、ベース体５１の中心Ｏを回転中心として鉛直軸まわりに回転させるようにしてもよい。また、マグネット群５２は、マグネット配列体５を回転させたときに、ウエハ１０の投影領域全体に亘ってプラズマが発生するように構成されればよい。従って、マグネット配列体５を偏心回転させるときには、回転時にウエハ１０の外縁の一部がマグネット群５２の外側に位置する場合も、ウエハ１０の投影領域全体に亘ってプラズマが発生する場合に含まれる。
【００７７】
さらに、ベース体５１の中心Ｏから偏心させて回転させるときには、この偏心回転時に、ウエハ１０の外縁から５０ｍｍ外方の領域に、内側マグネット群５３とリターン用のマグネット５３の離間部分があるように設定すれば、成膜速度分布の均一性を良好にすることができる。同様に、偏心回転時にターゲット３１の外縁が内側マグネット群５３の外縁とリターン用マグネット８との離間部分に位置するようにターゲット３１とマグネット配列体５の大きさを設定すれば、ターゲット３１の全面でエロージョンを形成することができ、均一な成膜処理を行うことができる。
【００７８】
さらにまた、本発明では必ずしも載置部４を電極として用いる必要はなく、当該載置部４に高周波電力を供給する必要はない。さらにまた、電子のドリフトに基づいてプラズマが発生するように、棒状マグネット６が配列されればよく、マグネットの配列は上述の例に限らない。例えば、棒状マグネット６の配列間隔や形状をベース体５１の面内において変化させるようにしてもよい。
【００７９】
また、ターゲット３１の材質としては、タングステン以外に、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮx）、ルテニウム（Ｒｕ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）等の導電体や、酸化シリコン、シリコンナイトライド等の絶縁体が用いることができる。この場合、絶縁体よりなるターゲットを用いる場合には、電源部から高周波電圧を印加することにより、プラズマが生成される。また、導電体よりなるターゲットに対して高周波電圧を印加してプラズマを生成するようにしてもよい。
【００８０】
さらに、本発明のマグネトロンスパッタ装置は、図１２に示すように、ターゲット電極３に、ターゲット電極用の高周波電源部９１を接続して、ターゲット電極３に数百ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの高周波電圧を印加するようにしてもよい。図１２中９２は、高周波電源部９１からの高周波電圧が電源部３３の回路に侵入することを抑制するためのフィルタ回路である。また、ターゲット３１とスパッタ位置にあるウエハ１０との間に、このウエハ１０を囲むように、複数の補助電極９３をウエハ１０の周方向に間隔を開けて配置し、この補助電極９３に補助電極用の高周波電源部９４から高周波電圧を印加するようにしてもよい。
【００８１】
ターゲット電極３に、電源部３３から直流電圧を印加すると共に、高周波電源部９１から高周波電圧を印加しながらスパッタ処理を行うと、ターゲット電極３の電流密度が高くなり、より成膜速度が速くなる。また、ターゲット電極３に、電源部３３とターゲット電極用の高周波電源部９１のいずれか一方から電圧を印加すると共に、補助電極９３に高周波電源部９４から高周波電圧を印加しながらスパッタ処理を行なうと、ターゲット電極３の電流密度が高くなり、より成膜速度が速くなる。図１２の構成においても、載置部４にバイアス電圧を印加してスパッタ処理を行うようにしてもよい。
【００８２】
以上において、本発明のマグネトロンスパッタ装置は、半導体ウエハ以外の液晶や太陽電池向けガラス、プラスチック等の被処理基板のスパッタ処理に適用できる。
【符号の説明】
【００８３】
１０ 半導体ウエハ
２ 真空容器
２４ 真空ポンプ
３ ターゲット電極
３１ ターゲット
４ 載置部
４１ 高周波電源部
５ マグネット配列体
５２ マグネット群
５３ 内側マグネット群
６ 棒状マグネット
７ コア部材
８ リターン用マグネット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネトロンスパッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程で用いられるマグネトロンスパッタ装置は、例えば図１３に示すように、低圧雰囲気に設定された真空容器１１内に、基板１２と対向するように成膜材料よりなるターゲット１３を配置すると共に、ターゲット１３の上面側にマグネット体１４を設け、ターゲット１３が導電体例えば金属である場合には、負の直流電圧を印加した状態でターゲット１３の下面近傍に磁場を形成するように構成されている。また、真空容器１１の内壁への粒子の付着を防止するために防着シールド（図示せず）が設けられている。
【０００３】
前記マグネット体１４は図１４に示すように、一般的には例えば環状のマグネット１５の内側に、当該マグネット１５と異なる極性の円形のマグネット１６を配置して構成されている。なお、図１４はマグネット体１４をターゲット１３側から見た平面図であり、この例では、外側のマグネット１５の極性はターゲット１３側がＳ極、内側のマグネット１６の極性はターゲット１３側がＮ極になるように夫々設定されている。こうして、ターゲット１３の下面近傍には前記外側のマグネット１５に基づくカスプ磁界と内側のマグネット１６に基づくカスプ磁界とにより水平磁場が形成される。
【０００４】
前記真空容器１１内に、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスを導入して、ＤＣ電源部１５からターゲット１３に負の直流電圧を印加すると、この電界によってＡｒガスが電離し、電子が生成する。この電子は、前記水平磁場と電界とによってドリフトし、こうして高密度プラズマが形成される。そして、プラズマ中のＡｒイオンがターゲット１３をスパッタしてターゲット１３から金属粒子を叩き出し、当該放出された金属粒子によって基板１２の成膜が行われる。
【０００５】
このようなメカニズムであることから、ターゲット１３の下面では、図１５に示すように、外側のマグネット１５と内側のマグネット１６との中間部直下に、マグネットの配列に沿った環状のエロージョン１７が形成される。この際、ターゲット１３全面でエロージョン１７を形成するためにマグネット体１４を回転させているが、既述のマグネット配列では、ターゲット１３の半径方向において均一にエロージョン１７を形成することは困難である。
【０００６】
一方、基板面内の成膜速度分布はターゲット１３面内のエロージョン１７の強弱（スパッタ速度の大小）に依存する。従って、上記のようにエロージョン１７の均一性が悪い場合には、図１５に点線で示すように、ターゲット１３と基板１２との距離を小さくすると、エロージョンの形状がそのまま反映されて基板面内の成膜速度の均一性が悪化してしまう。このようなことから、従来ではターゲット１３と基板との距離を５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度と大きくしてスパッタ処理を行っている。
【０００７】
この際、ターゲット１３からスパッタにより放出された粒子は外方へ飛散していくので、ターゲット１３から基板１２を離すと、防着シールドに付着するスパッタ粒子が多くなり、基板外周部の成膜速度が低下してしまう。このため、外周部のエロージョンが深くなるように、即ち外周のスパッタ速度を高めるようにして、基板面内の成膜速度の均一性を確保することが一般的に行われている。しかしながら、この構成では、既述のように防着シールドに付着するスパッタ粒子が多くなることから、成膜効率が１０％程度と非常に低く、速い成膜速度が得られない。
【０００８】
また、ターゲット１３はエロージョン１７が裏面側に到達する直前に交換する必要があるが、既述のように、エロージョン１７の面内均一性が低く、エロージョン１７の進行が早い部位が局所的に存在すると、この部位に合わせてターゲット１３の交換時期が決定されるため、ターゲット１３の使用効率は４０％程度と低くなる。製造コストを低減し、生産性を向上させるためには、ターゲット１３の使用効率を高くすることも要求されている。
【０００９】
ところで近年では、メモリーデバイスの配線材料としてタングステン（Ｗ）膜が注目されており、例えば３００ｎｍ／ｍｉｎ程度の成膜速度で成膜することが要請されている。上述の構成では、例えば印加電力を１５ｋＷｈ程度に大きくすることにより前記成膜速度を確保することができるが、機構が複雑であり、稼働率が低く、製造コストが高くなってしまう。
【００１０】
ここで、成膜速度の面内均一性を確保するためには、エロージョンの面内均一性を向上させる必要があるが、この手法として複数のマグネットを平面的に配列することが検討されている。特許文献１には、任意の２つの間で等距離を有し、かつ交互の極性を有する複数のマグネットをターゲットと対向するように平面的に配列し、ターゲットの下側にポイントカスプ磁界を生成する構成が提案されている。また、特許文献２には、各々ターゲットの表面と平行な中心軸を備える複数のマグネットを、互いの中心軸が略平行になるように配置すると共に、複数のマグネットをＮ極とＳ極とが前記中心軸に対して略直角方向に互いに対向するように形成した技術が記載されている。
【００１１】
このようにマグネットを配列する構成において、成膜速度を高める場合、マグネットの配列間隔を狭めたり、表面磁束密度を大きくして磁場の強度を大きくすることが考えられる。しかしながら、このようにすると、互いに磁束の反発が強くなり、磁束線が歪み、水平磁場が得られる範囲が狭くなってしまう。これら特許文献１及び特許文献２には、水平磁場を広い範囲で形成するマグネット配列については記載されておらず、これらの技術を用いても、成膜速度の面内均一性を確保しながら、速い成膜速度を得るという本発明の課題を解決することはできない。
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−１６２１３８号公報
【特許文献２】特開２０００−３０９８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は、成膜速度の面内均一性を確保しながら、速い成膜速度を得ると共に、ターゲットの使用効率を向上させることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、真空容器内に載置された被処理基板に対向するようにターゲットを配置し、このターゲットの背面側にマグネットを設けたマグネトロンスパッタ装置において、
前記ターゲットに電圧を印加する電源部と、
前記ターゲットの背面側に設けられたベース体にマグネット群を配列したマグネット配列体と、を備え、
前記マグネット配列体は、
両端が互いに異極である棒状のマグネットを、ターゲットに対向する面に沿って網の目状に配置したことと、
各網の目の形状が２ｎ（ｎは２以上の整数）角形であることと、
網の目の交点にて棒状のマグネットの端面に囲まれる領域には透磁性のコア部材が設けられていることと、
コア部材を囲む棒状のマグネットの端部同士は互いに同極であることと、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、マグネトロンスパッタ装置において、ターゲットの背面側に設けられたベース体にマグネット群を配列したマグネット配列体を備え、このマグネット配列体は、両端が互に異極である棒状のマグネットが網の目状に配置されると共に、網の目の交点にて、棒状のマグネットの端面に囲まれる領域には透磁性のコア部材が設けられる領域を備えている。この領域では、棒状のマグネットの両端の極からの磁束がコア部材を通して出ていくため、隣接する棒状のマグネット同士の磁束の反発が抑えられて磁束線の歪みが抑制され、水平性が高い磁場（水平磁場）が広い範囲で形成される。この結果、高密度のプラズマが広範囲で均一に形成されるため、成膜速度の面内均一性を確保しながら、速い成膜速度を得ることができる。
【００１６】
また、棒状のマグネットが網の目状に配置されているため、ターゲットに形成されるエロージョンの面内均一性が良好であり、さらにプラズマ密度の均一性が高いことからターゲットの面内においてエロージョンが均一性を持って進行する。このため、局所的にエロージョンが進行する場合に比べてターゲットの寿命が長くなり、ターゲットの使用効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明にかかるマグネトロンスパッタ装置の一実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】前記マグネトロンスパッタ装置に設けられたマグネット配列体の一例を示す平面図である。
【図３】マグネット配列体を示す側面図である。
【図４】マグネット配列体に設けられた棒状マグネットとコア部材の一部を示す斜視図である。
【図５】マグネット配列体を示す平面図である。
【図６】マグネット配列体の作用を示す側面図である。
【図７】ターゲットと基板との距離と成膜効率及び成膜速度の面内均一性との関係を示す特性図である。
【図８】マグネット配列体の他の例を示す平面図である。
【図９】マグネット配列体のさらに他の例を示す平面図である。
【図１０】マグネット配列体の一部を示す平面図である。
【図１１】マグネット配列体のさらに他の例を示す平面図である。
【図１２】マグネトロンスパッタ装置の他の例を示す縦断面図である。
【図１３】従来のマグネトロンスパッタ装置を示す縦断面図である。
【図１４】従来のマグネトロンスパッタ装置に用いられるマグネット体を示す平面図である。
【図１５】従来のマグネトロンスパッタ装置の作用を説明する縦断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の一実施の形態に係るマグネトロンスパッタ装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、前記マグネトロンスパッタ装置の一例を示す縦断面図であり、図中２は例えばアルミニウム（Ａｌ）により構成され、接地された真空容器２である。この真空容器２は天井部が開口しており、この開口部２１を塞ぐようにターゲット電極３が設けられている。このターゲット電極３は、成膜材料例えばタングステン（Ｗ）よりなるターゲット３１を、例えば銅（Ｃｕ）若しくはアルミニウム（Ａｌ）よりなる導電性のベース板３２の下面に接合することにより構成されている。前記ターゲット３１は例えば平面形状が円形状に構成され、その直径は被処理基板をなす半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）１０よりも大きくなるように、例えば４００乃至４５０ｍｍに設定されている。
【００１９】
前記ベース板３２はターゲット３１よりも大きく形成され、ベース板３２の下面の周縁領域が真空容器２の開口部２１の周囲に載置されるように設けられている。この際、ベース板３２の周縁部と真空容器２との間には、環状の絶縁部材２２が設けられており、こうして、ターゲット電極３は、真空容器２とは電気的に絶縁された状態で真空容器２に固定されている。また、このターゲット電極３には電源部３３により負の直流電圧が印加されるようになっている。
【００２０】
真空容器２内には前記ターゲット電極３と平行に対向するように、ウエハ１０を水平に載置する載置部４が設けられている。この載置部４は例えばアルミニウムからなる電極（対向電極）として構成され、高周波電力を供給する高周波電源部４１が接続されている。当該載置部４は、昇降機構４２により、ウエハ１０を真空チャンバ２に対して搬入出する搬送位置と、スパッタ時における処理位置との間で昇降自在に構成されている。前記処理位置では、例えば載置部４上のウエハ１０の上面と、ターゲット３１の下面との距離ｈが例えば１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下に設定されている。
【００２１】
また、この載置部４の内部には、加熱機構をなすヒータ４３が内蔵され、ウエハ１０が例えば４００℃に加熱されるようになっている。さらに、この載置部４には、当該載置部４と図示しない外部の搬送アームとの間でウエハ１０を受け渡すための図示しない突出ピンが設けられている。
【００２２】
真空容器２の内部には、ターゲット電極３の下方側を周方向に沿って囲むように環状のチャンバシールド部材４４が設けられていると共に、載置部４の側方を周方向に沿って囲むように環状のホルダシールド部材４５が設けられている。これらは、真空容器２の内壁へのスパッタ粒子の付着を抑えるために設けられるものであり、例えばアルミニウム若しくはアルミニウムを母材とする合金等の導電体により構成されている。チャンバシールド部材４４は例えば真空容器２の天井部の内壁に接続されており、真空容器２を介して接地されている。また、ホルダシールド部材４５を介して載置部４が接地されるように、ホルダシールド部材４５が接地されている。
【００２３】
さらに、真空容器２は、排気路２３を介して真空排気機構である真空ポンプ２４に接続されると共に、供給路２５を介して不活性ガス例えばＡｒガスの供給源２６に接続されている。図中２７は、ゲートバルブ２８により開閉自在に構成されたウエハ１０の搬送口である。
【００２４】
ターゲット電極３の上部側には、当該ターゲット電極３と近接するようにマグネット配列体５が設けられている。このマグネット配列体５は、図２及び図３（図２のＬ１線側面図）に示すように、比透磁率の高い材料例えば鉄（Ｆｅ）よりなるベース体５１にマグネット群５２を配列することにより構成されている。図２は、ターゲット３１側からマグネット群５２を見たときの平面図である。前記ベース体５１はターゲット３１と対向するように設けられ、その平面形状はターゲット３１よりも大きい円形状に形成されている。このベース体５１は、その中心Ｏがターゲット３１の中心と対向する位置になるように配置されており、例えばベース体５１の直径はターゲット径よりも６０ｍｍ程度大きい値に設定されている。
【００２５】
前記マグネット群５２は、両端が互に異極である棒状のマグネット６と、透磁性のコア部材７とより構成された内側マグネット群５３と、この内側マグネット群５３の外側に設けられたリターン用のマグネット８を備えている。これら棒状マグネット６、コア部材７及びリターン用のマグネット８は、カスプ磁界による電子のドリフトに基づいてウエハ１０の投影領域全体に亘ってプラズマが発生するように、ターゲット３１に対向する面に沿って配列されている。
【００２６】
前記棒状マグネット６は、ターゲット３１に対向する面に沿って網の目状に配置されており、各網の目の形状が２ｎ（ｎは２以上の整数）角形に形成されている。また、網の目の交点にて棒状マグネット６の端面に囲まれる領域にはコア部材７が設けられ、コア部材７を囲む棒状マグネット６の端部同士は互いに同極になるように配置されている。
【００２７】
具体的には、棒状マグネット６及びコア部材７は、図２に示すように、碁盤のライン状の線状部分に棒状マグネット６、交点部分にコア部材７が夫々配置されている。こうして、棒状マグネット６を正方形状（ｎ＝２の２ｎ角形状）に配列すると共に、４つの交点部分に夫々コア部材７を配置し、棒状マグネット６のコア部材７を囲む部分は同極となるように設定されている。これにより、図４に中心のコア部材７１を例にして示すように、一つのコア部材７（７１）の周りに、同じ極性を当該コア部材７（７１）に向けるように、４本の棒状マグネット６（６１ａ〜６１ｄ）が９０度間隔で放射状に配置されたユニット６０が、ベース体５１の下面側（ターゲット３１側）に多数配列されることになる。
【００２８】
また、前記内側マグネット群５３には、例えばベース体５１の中心Ｏを中心に回転させたときに回転対象となるように、棒状マグネット６及びコア部材７が配列されている。図２の例では、前記中心Ｏにコア部材７１が配置され、前記中心Ｏにて互いに直交する２本の直線Ｌ１、Ｌ２上に夫々棒状マグネット６を配列するようにレイアウトされている。
【００２９】
例えば図２において、ターゲット３１の左右方向をＸ方向、ターゲット３１の奥行方向をＹ方向とすると、前記直線Ｌ１は前記左右方向に伸び、直線Ｌ２は前記奥行方向に伸びるように設けられている。そして、棒状マグネット６は例えば平面形状が長方形状に構成され、その長さ方向が前記左右方向と、前記奥行方向に夫々平行になるように配列されて、４本の棒状マグネット６により正方形を形成するように配列されている。
【００３０】
前記コア部材７は、透磁性の材料例えば鉄（Ｆｅ）により構成される。ここで、透磁性とは、比透磁率が１０００以上であることをいい、前記鉄の他、珪素鋼、パーマロイ等をコア部材７として用いることができる。このコア部材７は、例えば平面形状が正方形状に構成され、この例では棒状マグネット６との間に僅かな隙間を介して設けられている。例えば全ての棒状マグネット６及びコア部材７が同じ形状及び大きさに構成されると共に、棒状マグネット６とコア部材７との離間間隔が揃うように配置され、こうして、この例では棒状マグネット６とコア部材７が４回対象に配列されている。
【００３１】
ここで、コア部材７を中心として電子のドリフト運動が発生するように、棒状マグネット６とコア部材７の配列体が構成されている。電子のドリフトを起こりやすくするためには、水平性の高い磁場を広く形成することが必要であり、このため、コア部材７と棒状マグネット６をできるだけ接近させ、かつコア部材７を囲む棒状マグネット６同士の間では、コア部材７の端部から棒状マグネット６の端部までの距離が揃っていることが好ましい。ここで前記距離が揃っているとは、コア部材７の端部とこれに隣接する棒状マグネット６の端部との距離の平均値に対して、各々の距離が±１０％以内にあることをいう。また、図２にはコア部材７と棒状マグネット６とを離間して配列する例を記載したが、棒状マグネット６同士はコア部材７を介してできるだけ接近して設けることが好ましいことから、磁場の漏れをなくすために、棒状マグネット６とコア部材７とを接触させて設けるようにしてもよい。このため、コア部材７と棒状マグネット６との離間間隔Ｄ１は０ｍｍ〜３ｍｍに設定される。
【００３２】
また、均一な磁場を形成するためには、コア部材７を囲む棒状マグネット６同士の間では、コア部材７の中心から棒状マグネット６の端部までの距離が揃っていることが好ましい。このため、上述の例では、コア部材７を中心として四方向に棒状マグネット６が放射状に配列されるため、コア部材７は正方形状に構成され、コア部材７の一辺は、棒状マグネット６の幅と同じ程度に構成されている。
【００３３】
ここで、例えば棒状マグネット６とコア部材７の大きさの一例を示すと、棒状マグネット６は、長さが１０ｍｍ〜５０ｍｍ、幅が５ｍｍ〜２０ｍｍ、高さが５ｍｍ〜２０ｍｍ程度であり、コア部材７は、その大きさは一辺が５ｍｍ〜２０ｍｍ、高さが５ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。この際、磁場の漏れを少なくするためには、棒状マグネット６の両端の端面形状と、コア部材７の棒状マグネット６に対応する端面の形状とが揃っていることが好ましいが、必ずしも両者の形状が揃うように構成する必要はない。
【００３４】
マグネット群５２の最外周にはリターン用のマグネット８が設けられており、このリターン用マグネット８は、電子がカスプ磁界による拘束から解放されてカスプ磁界の外に飛び出すことを阻止するように、ライン状に配列されている。ここで、内側マグネット群５３において、最も外側に位置する棒状マグネットを外側マグネット６２と呼ぶことにすると、図２の構成では、マグネット６２ａ，６２ｂ、６２ｃ，６２ｄ、６２ｅ，６２ｆ、６２ｇ，６２ｈが外側マグネットに相当する。そして、この例では、外側マグネット６２ａ，６２ｂの組と外側マグネット６２ｅ，６２ｆの組は、前記左右方向に平行に配列され、外側マグネット６２ｃ，６２ｄの組と外側マグネット６２ｇ，６２ｈの組は、前記奥行方向に平行に配列されている。
【００３５】
前記リターン用マグネット８（８ａ〜８ｈ）は例えば８個設けられており、前記外側マグネット６２の組に対向するように前記左右方向又は奥行方向に平行に配置されると共に、外側マグネット６２の組に対向しないものは斜めに配置され、こうして内側マグネット群５３の周囲に、互いに間隔を開けて略八角形を形成するように配列されている。
【００３６】
このリターン用マグネット８は例えば平面形状が長方形状に形成されている。また、外側マグネット６２の組に対向して設けられたリターン用マグネット８について、リターン用マグネット８ａを例にして説明すると、その長さ方向の中心が外側マグネット６２ａ，６２ｂの中央に位置するコア部材７２ｂと対応するように設けられ、その長さ方向の両端部が外側マグネット６２ａ，６２ｂの両端部に夫々位置するコア部材７２ａ，７２ｃよりも内側に位置するように設けられている。さらに、リターン用マグネット８ａの極性は、前記中央に位置するコア部材７２ｂを囲む棒状マグネット６２ａ，６２ｂの端面の極性と異なる極性、この例ではＳ極に設定されている。図２は、ターゲット電極３側からマグネット配列体５を見た図であり、リターン用マグネット８ａは、ターゲット電極３側がＳ極、ベース体５１側がＮ極になっている。また、内側マグネット群５３の最外周である外側マグネット６２と対向するリターン用マグネット８は、前記外側マグネット６２との離間間隔Ｄ２が互いに等しくなるように設けられている。
【００３７】
前記マグネット群５２は、ドリフトしている電子群の運動領域よりもウエハ１０の周縁位置が内側になるように構成されている。また、ウエハ１０の外縁から５０ｍｍ外方の領域に、内側マグネット群５３とリターン用マグネット８の離間部分があると、成膜速度分布の均一性が良好であることがシミュレーションより明らかであり、このように構成することが好ましい。
【００３８】
さらに、ターゲット３１の外縁位置が内側マグネット群５３とリターン用のマグネット８の離間部分にあるように設定すると、リターン用マグネット８による水平磁場がターゲット３１外周を覆い、ターゲット３１全面でのエロージョンが可能となる。ターゲット３１よりマグネットの形成領域が大きくなると、異常放電が発生するおそれがあるが、リターン用マグネット８の磁束と、内側マグネット群５３を構成する棒状マグネット６の磁束の収支を合わせることによって、異常放電を防ぐことができると捉えている。
【００３９】
さらに、各リターン用マグネット８の磁束と、これに対応する内側マグネット群５３の外側マグネット６２の磁束の収支が合うように、リターン用マグネット８と内側マグネット群５３の夫々の表面磁束密度が調整されている。また、水平磁場（磁束密度）の強度は、安定した放電を得るために、例えば１００〜３００Ｇに設定することが好ましい。この磁束密度は、棒状マグネット６の大きさ、表面磁束密度、配列数、コア部材７と棒状マグネットとの間隔Ｄ１、リターン用マグネット８と内側マグネット群５３との間隔Ｄ２、後述する回転偏心量等により適宜設計される。
【００４０】
さらに、後述するように、リターン用マグネット８と内側マグネット群５３との夫々に電離が起こり、リターン用マグネット８と内側マグネット群５３とでは電離の強さが異なるが、リターン用マグネット８の大きさや表面磁束密度、内側マグネット群５３との離間間隔Ｄ２を調整することによって、電離の強さを制御することができる。
【００４１】
このように、棒状マグネット６やコア部材７の形状や大きさや、配列間隔等の種々の条件を調整することにより、ターゲット３１の直下で均一な磁界が形成されるようにマグネット配列体５が設計される。この際、図２に示す例は、マグネット群５２とウエハ１０とベース体５１との相対的大きさを示すものであるが、このマグネット群５２は構成例の一つであり、ウエハ１０の大きさに合わせて、棒状マグネット６、リターン用のマグネット８の設置数が適宜増減される。
【００４２】
ここで、設計例の一つを示すと、リターン用マグネット８は、縦断面の大きさが例えば１０ｍｍ×２０ｍｍ、長さが例えば１２０ｍｍ、表面磁束密度は２乃至３ｋＧであるが、その大きさや積層数を調整することにより、内側マグネット群５３の外側マグネットとに対する磁力の最適化を図ることができる。また、内側マグネット群５３の最外周の外側マグネット６２とリターン用マグネット８との離間間隔Ｄ２は例えば５乃至３０ｍｍに夫々設定されている。
【００４３】
また、例えばマグネット群５２を構成する棒状マグネット６，リターン用のマグネット８とは同じ高さに設定され、これらマグネット６，８の下面の高さ位置は揃うように構成されている。そして、これらマグネット６，８の下面とターゲット３１の上面までの距離は、例えば１５〜４０ｍｍに設定される。但し、棒状マグネット６、コア部材７及びリターン用マグネット８は、必ずしも同じ高さに設定する必要はない。
【００４４】
前記マグネット配列体５のベース体５１の上面は、回転軸５５を介して回転機構５６に接続されており、この回転機構５６によりマグネット配列体５は、ウエハ１０に対して直交する軸の周りに回転自在に構成されている。この例では、図３に示すように、回転軸５５はベース板５１の中心Ｏから偏心した位置に設けられている。この際の偏心距離については、ターゲット３１全面でのエロージョンを可能とするためには、偏心して回転させたときにも、ターゲット３１の外縁がマグネット群５２よりも内側に位置するように設定することが好ましい。このため、この例では、回転軸５５はベース板５１の中心Ｏから２０乃至３０ｍｍ偏心した位置に設けられている。
【００４５】
このマグネット配列体５の周囲には、当該マグネット配列体５の回転領域を形成した状態で、マグネット配列体５の上面及び側面を覆うように、冷却機構をなす冷却ジャケット５７が設けられている。この冷却ジャケット５７の内部には冷却媒体の流路５８が形成されており、当該流路５８内に所定温度に調整された冷却媒体例えば冷却水を供給部５９から循環供給することにより、マグネット配列体５及び当該マグネット配列体５を介してターゲット電極３が冷却されるように構成されている。
【００４６】
以上に説明した構成を備えるマグネトロンスパッタ装置は、電源部３３や高周波電源部４１からの電力供給動作、Ａｒガスの供給動作、昇降機構４２による載置部４の昇降動作、回転機構５６によるマグネット配列体５の回転動作、真空ポンプ２４による真空容器２の排気動作、ヒータ４３による加熱動作等を制御する制御部１００を備えている。この制御部１００は、例えば図示しないＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、この記憶部には、当該マグネトロンスパッタ装置によってウエハ１０への成膜を行うために必要な制御についてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記憶されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。
【００４７】
続いて、上述のマグネトロンスパッタ装置の作用について説明する。先ず、真空容器２の搬送口２７を開き、載置部４を受け渡し位置に配置して、図示しない外部の搬送機構及び突き上げピンの協働作業により、載置部４にウエハ１０を受け渡す。次いで、搬送口２７を閉じ、載置部４を処理位置まで上昇させる。また、真空容器２内にＡｒガスを導入すると共に、真空ポンプ２４により真空排気して、真空容器２内を所定の真空度例えば０．６６５〜１３．３Ｐａ（５〜１００ｍＴｏｒｒ）に維持する。一方、マグネット配列体５を回転機構５６により回転させながら、電源部３３からターゲット電極３に例えば１００Ｗ〜３０００Ｗの負の直流電圧を印加すると共に、高周波電源部４３から載置部４に数百ＫＨｚ〜百ＭＨ程度の高周波電圧を１０Ｗ〜１０００Ｗ程度印加する。また、冷却ジャケット５７の流路５８には、常時冷却水を通流させておく。
【００４８】
ターゲット電極３に直流電圧を印加すると、この電界によりＡｒガスが電離して電子を発生する。一方、マグネット配列体５のマグネット群５２により、内側マグネット群５３の棒状マグネット６同士の間、及び内側マグネット群５３の外側マグネットとリターン用マグネット８同士の間にカスプ磁界が形成され、このカスプ磁界が連続してターゲット３１の表面（スパッタされる面）近傍に水平磁場が形成される。
【００４９】
こうして、ターゲット３１近傍の電界と前記水平磁場によりマグネトロン放電が起こる。そして、ターゲット３１近傍の電界Ｅと前記水平磁場ＢによるＥ×Ｂの方向に前記電子が加速され、ドリフト運動を起こす。そして、加速によって十分なエネルギーを持った電子が、さらにＡｒガスと衝突し、電離を起こしてプラズマを形成する。
【００５０】
ここで、前記電子のドリフトの方向について図５に模式的に示す。このように例えば、コア部材７の周囲がＮ極で囲まれた棒状マグネット６のユニット６０Ａでは、当該コア部材７を反時計回りに周回するように電子がドリフトし、コア部材の周囲がＳ極で囲まれた棒状マグネット６のユニット６０Ｂでは、当該コア部材を時計回りに周回するように電子がドリフトする。
【００５１】
この際、内側マグネット群５３では、コア部材７を介して棒状マグネット６が隣接するが、コア部材７は透磁性であり、比透磁率が高いため、棒状マグネット６の両端からの磁束は、図６（ａ）に磁束線を点線にて示すようにコア部材７を透過する。そして、コア部材７と棒状マグネット６とは互いに接触しているか、あるいは接近しているので、コア部材７から新たに磁束が出て行く状態が得られ、コア部材７が設けられた交差領域の下方側においても水平性の高い磁場（水平磁場）が形成される。こうして、コア部材７を設けることにより、前記交差領域側に磁場の形成範囲を寄せることができるので、棒状マグネット６による水平磁場がマグネットの長さ方向及び上下方向（図中Ｚ方向）の広い範囲で形成される。
【００５２】
この例のマグネット群５２のレイアウトによれば、既述のようにドリフトしている電子群の運動領域よりもウエハ１０の周縁位置が内側になるように設定されている。これにより、マグネット配列体５が静止している時に、電子のドリフトに基づいてウエハ１０の投影領域全体に亘ってプラズマが発生することになる。そして電子は、一つのコア部材７の周囲のみだけではなく、全てのコア部材７の周囲を周回するように飛び回りながら加速され、Ａｒガスとの衝突と電離を繰り返し、プラズマ中のＡｒイオンがターゲット３１をスパッタする。また、このスパッタにより生成された二次電子は前記水平磁場に捕捉されて、同様にドリフトして、内側マグネット群５３が形成された領域全体の電離に寄与する。
【００５３】
このように、棒状マグネット６を網の目状に配置すると共に、網の目の交点にて、棒状マグネット６の端面に囲まれる領域には透磁性のコア部材７を設け、コア部材７を囲む棒状マグネット６の端部同士は互いに同極になるようにマグネット配列体５を構成しているので、コア部材７が設けられた交差領域側に磁場を引き寄せることができ、水平磁場を広く形成することができる。水平磁場ではドリフト運動が強く起こり、電子密度が高くなるため、水平磁場を広く形成することにより、結果としてターゲット３１の直下近傍において、高密度のプラズマを広範囲に、高い面内均一性を確保しながら生成することができる。また、プラズマ密度が高くなることから、速い成膜速度を得ることができる。
【００５４】
一方、コア部材７を設けない場合には、棒状マグネット６同士を接近させると、図６（ｂ）に示すように、互いの磁束の反発が強くなり、磁束線が棒状マグネット６側に歪んでしまう。このため、前記交差領域の下方側近傍領域では磁場が歪み、水平性が高い磁場を形成することが難しくなる。また、棒状マグネット６同士を離すと、図６（ｃ）に示すように、互いの磁束の反発が弱くなるため、磁場の歪みが小さくなるが、前記交差領域には下方側近傍領域では磁場が弱くなってしまう。さらに上下方向の磁場の減衰が大きく、強い磁場が得られなくなってしまう。このように、棒状マグネット６を網の目状に配列しただけでは、水平磁場の形成領域が小さくなってしまうので、電子のドリフト運動が弱くなる。この結果、高いプラズマ密度を得られないため、速い成膜速度を得ることが難しい。
【００５５】
さらに、上述の例ではリターン用マグネット８を設けているので、カスプ磁界の拘束によって電子がカスプ磁界の外に飛び出すことが阻止される。リターン用マグネット８ａを例にして説明すると、当該リターン用マグネット８ａは、既述のように直線状に伸びる帯状に形成されている。従って、コア部材７２ｂは、棒状マグネット６２ａ，６２ｂ，６１ｇと、リターン用マグネット８ａにより囲まれた状態になる。そして、リターン用マグネット８ａ由来のカスプ磁界の磁束と、棒状マグネット６２ａ，６２ｂ，６１ｇ由来のカスプ磁界の磁束とが結合するため、電子はカスプ磁界に沿って動き、コア部材７２ｂの周りを反時計周りに周回するようにドリフトし、再び棒状マグネット６群による領域（内側マグネット群５３）に戻される。
【００５６】
このようにリターン用マグネット８を設けることにより、リターン用マグネット８と内側マグネット群５３との間においても電離は起こり、マグネット群５２が形成された領域全体の電離に寄与するため、より高密度のプラズマを高い面内均一性で生成することができる。
【００５７】
こうして、Ａｒガスの電離を繰り返すことによりＡｒイオンを生成し、このＡｒイオンによりターゲット３１がスパッタされる。これによりターゲット３１表面から叩き出されたタングステン粒子は真空容器２内に飛散していき、この粒子が載置部４上のウエハ１０表面に付着することで、ウエハ１０にタングステンの薄膜が形成される。また、ウエハ１０から外れた粒子は、チャンバシールド部材４４やホルダシールド部材４５に付着する。この際、載置部４には高周波電力が供給されているので、Ａｒイオンのウエハ１０への入射が誘引され、ヒータ４３による加熱との相乗作用により緻密で抵抗の低い薄膜が形成される。
【００５８】
ところで、ターゲット３１のエロージョンは既述のように、互いに異極のマグネット同士の間の中間部（中心及びその付近）に形成されるが、上述のマグネット配列体５では、棒状マグネット６を網の目状に配列しているので、エロージョンが発生する箇所が多く、ターゲット３１の全面に亘って周期的にエロージョンが形成される。また、既述のように、ウエハ１０の投影領域全体に亘って、プラズマ密度を均一にすることができるため、エロージョンの進行の程度が揃えられ、この点からも面内均一性が高くなる。
【００５９】
この際、エロージョンの均一性をより高くするために、マグネット配列体５を回転機構５６により鉛直軸回りに回転させている。プラズマ密度をミクロ的に見ると、水平磁場に基づく高低が形成されているが、マグネット配列体５を回転させることにより、このプラズマ密度の高低が均されるからである。さらに、この実施の形態では、マグネット配列体５を、ベース体５１の中心から偏心させた位置を中心として回転させているので、成膜速度分布の均一性がより高くなる。
【００６０】
つまり、マグネット配列体５の下方側では、マグネット配列体５を静止させているときには、水平磁場がなくて電離が起こらずにスパッタが起きにくい部位が周期的に存在する。このため、マグネット配列体５の直径方向でみれば、成膜速度分布は小さな凹凸が周期的に存在する形状となる。従って、マグネット配列体５を偏心回転させると、この凹凸が相殺され、より均一な成膜速度分布を得ることができる。
【００６１】
このようにエロージョンの面内均一性が高いことから、ウエハ１０をターゲット３１に接近させてスパッタ処理を行うことができる。これにより、ターゲット３１からスパッタされた粒子が速やかにウエハ１０へ付着していくため、ウエハ１０の薄膜の形成に寄与するスパッタ粒子が多くなり、成膜効率が高くなる。ここで、図７に、ターゲット３１とウエハ１０との距離と、成膜効率及び成膜速度の面内均一性との各関係を示す。横軸がターゲット３１とウエハ１０との距離、左縦軸が成膜効率、右縦軸が成膜速度の面内均一性を夫々示している。成膜速度の面内均一性については、実線Ａ１にて本発明の構成、二点鎖線Ａ２にて従来の構成（図１３に示す構成）のデータを夫々示し、成膜効率については、一点鎖線Ｂ１にて本発明の構成、点線Ｂ２にて従来の構成のデータを夫々示している。
【００６２】
面内均一性に着目すると、本発明では、ターゲット３１とウエハ１０との距離が小さい程均一性が高く、前記距離が大きくなるにつれて次第に低下していく。また、成膜効率に着目すると、ターゲット３１とウエハ１０との距離が小さい程、成膜効率が高く、前記距離が大きくなるにつれて次第に低下していく。このように、本発明の構成では、ターゲット３１とウエハ１０との距離が小さい程、成膜速度の面内均一性、成膜効率が共に良好になる。但し、ターゲット３１とウエハ１０とを接近させ過ぎると、プラズマの生成空間が小さくなり過ぎ、放電が発生しにくいため、ターゲット３１とウエハ１０との距離は１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、特に１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下に設定することが好ましい。
【００６３】
これに対して、従来の構成では、ターゲット３１とウエハ１０との距離が小さい場合には、成膜速度の面内均一性が非常に低く、前記距離が大きくなるにつれて高くなり、ある距離を過ぎると再び低下していく。このため、高い面内均一性を確保しようとすると、ターゲット３１とウエハ１０との距離を大きく取らざるを得ないが、前記距離を大きくすると、成膜効率については本発明の構成に比べてかなり低くなってしまう。
【００６４】
上述の実施の形態によれば、棒状マグネット６を網の目状に配置すると共に、網の目の交点にて、棒状マグネット６の端面に囲まれる領域には透磁性のコア部材７を設け、コア部材７を囲む棒状マグネット６の端部同士は互いに同極になるようにマグネット配列体５を構成しているので既述のように水平磁場を広い範囲で形成できる。このため、高密度なプラズマを広い範囲で均一に形成できるので、成膜速度の面内均一性を確保しながら、速い成膜速度を得ることができる。また、マグネットの水平磁場に基づいてターゲットに形成されるエロージョンの面内均一性が向上し、面内全体で一様にエロージョンが進行する。これにより、ターゲット３１の寿命が長くなり、ターゲット３１の使用効率を高くすることができる。
【００６５】
また、リターン用マグネット８を設ける場合には、電子損失を抑制することができるので、より成膜速度の面内均一性が向上し、速い成膜速度が得られる。さらに、マグネット配列体５を回転させる場合には、エロージョンの面内均一性をより高めることができるので、成膜速度の面内均一性がさらに向上する。さらにまた、ウエハ１０とターゲット３１を５０ｍｍ以下に接近させると、ウエハ１０の薄膜の形成に寄与するスパッタ粒子が多くなることから、成膜速度を高めて成膜効率を向上させることができ、既述の図７に示すように、成膜速度の面内均一性も高くなる。
【００６６】
実際に、上述の条件で、ウエハ１０とターゲット３１との離間間隔を１０〜５０ｍｍに設定して、３００ｍｍサイズのウエハ１０に対してＷ膜を形成したところ、４００ｎｍ／ｍｉｎ程度の成膜速度を確保することができ、成膜速度の面内均一性も１〜３％と良好であることが確認された。また、ターゲット３１とウエハ１０との距離が２０ｍｍの場合には、３００ｎｍ／ｍｉｎ程度の成膜速度で厚さ５０ｎｍのＷ膜を成膜する場合の印加電力は４ｋＷｈ程度であり、図１３に示す従来のマグネトロンスパッタ装置に比べて成膜効率を３〜４倍に向上させることができることが認められた。これにより、消費電力を抑えて、低コスト化を図ることができ、また、ターゲット３１の使用効率も８０％程度と高くなるので、この点からも低コスト化を図ることができることが理解される。
【００６７】
続いて、マグネット配列体５１１の他の例について説明する。図８に示すマグネット群５２１は、コーナー部にも棒状マグネット６とコア部材７のユニット６０１〜６０２を配置し、このコーナー部のユニット６０１〜６０２を囲むように略Ｌ字状のリターン用のマグネット８１〜８４を設けるようにマグネットが配列されている。図８中矢印は電子がドリフトする方向を示している。その他の構成は図２のマグネット配列体５と同様である。
【００６８】
このような構成では、コーナー部においても、リターン用マグネット８１〜８４により電子の逃げが抑えられるため、電子損失を効率的に抑制することができる。従って、この例においても、上述の実施の形態と同様に、ターゲット３１の直下において、ウエハ１０の投影領域全体に亘って均一なプラズマを形成することができ、またエロージョンの面内均一性が高い。このため、高い成膜速度の面内均一性を確保しながら、成膜速度を大きくでき、ターゲット３１の使用効率も向上する。
【００６９】
また、図９に示すマグネット配列体５１２のマグネット群５２２は、電子ドリフトを更に起こしやすくするように構成した例である。このマグネット群５２２では、図１０に、その中心部を拡大して示すように、一つのコア部材７（７１１）から８方向に棒状マグネットが配置されている。これらの棒状マグネットは、コア部材７と共に２ｎ角形（この例では、ｎ＝２の正方形）を形成する主棒状マグネット６と、この主棒状マグネット６よりも短い補助棒状マグネット９とを備えている。主棒状マグネット６はコア部材７と共に、上述の図２に示すレイアウトと同様に配列されている。また、補助棒状マグネット９は、主棒状マグネット６同士の間に配置されると共に、補助棒状マグネット９のコア部材７を囲む部分は同極になるように設定されている。
【００７０】
こうして、主棒状マグネット６と補助棒状マグネット９とがコア部材７の周囲に等角度間隔で配置され、補助棒状マグネット９は、主棒状マグネット６より形成される正方形の対角線上に、２つのマグネットが長さ方向を揃えた状態で配列されることになる。また、最外周の補助棒状マグネット９の外方には、これら補助棒状マグネット９と平行に、これら補助棒状マグネット９とは間隔を開けてリターン用マグネット８５が設けられている。このリターン用のマグネット８，８５は、電子がターゲット３１の外側に飛び出しを抑えるために、電子のドリフト方向が形成されるように配置されている。
【００７１】
このようなマグネット群５２２では、図９中に矢印で電子のドリフト方向を示すように、補助棒状マグネット９は、主棒状マグネット６と同様に水平磁場を形成し、マグネットの長さ方向と直角方向にＥ×Ｂにより電子を加速する。これにより、コア部材７を中心とした電子を加速する場所が増え、より安定したドリフト運動が起こる。その結果、より電離が激しく起こるため、放電密度が高くなり、成膜速度が増大する。
【００７２】
このように、この例においても、上述の実施の形態と同様に、ターゲット３１の直下において、ウエハ１０の投影領域全体に亘って均一なプラズマを形成することができ、またエロージョンの面内均一性が高い。このため、成膜速度を大きくしながら、高い成膜速度の面内均一性を確保することができ、ターゲット３１の使用効率も向上する。実際に、電源部３３へのＤＣ電力が１００〜３０００Ｗ、真空容器２内の圧力が０．６６５〜１３．３Ｐａ（５〜１００ｍＴｏｒｒ）、ターゲット３１とウエハ１０との距離が１０〜１００ｍｍ、高周波電源部４１からの高周波電力が１０〜１０００Ｗの条件下で、３００ｍｍサイズのウエハ１０に対してＷ膜を成膜したところ、得られた成膜速度は、３００〜６００ｎｍ／ｍｉｎ、均一性は約１〜３％と良好であることが認められた。
【００７３】
以上において、本発明のマグネット配列体は、両端が互いに異極である棒状のマグネットを、ターゲットに対向する面に沿って網の目状に配置し、各網の目の形状が２ｎ（ｎは２以上の整数）角形であり、網の目の交点にて棒状のマグネットの端面に囲まれる領域には透磁性のコア部材が設けられ、コア部材を囲む棒状のマグネットの端部同士は互いに同極であるように構成すればよい。このため、図１１にマグネット配列体５１２のマグネット群５２３において、棒状マグネットの網の目を模式的に示すように、棒状マグネットを六角形状に配列するようにしてもよい。この際、図１１に点線にて補助棒状マグネット９Ａを示すように、主棒状マグネット６Ａを２ｎ角形（六角形状）に構成し、その内側に補助棒状マグネット９Ａを配列するようにしてもよい。この例では、コア部材７Ａは、その平面形状が六角形に形成されている。
【００７４】
ここで、棒状マグネットの平面形状は、長方形状に限らず、長楕円形状であってもよい。また、コア部材７の平面形状は、棒状マグネット６の配列形状に合わせて選択され、六角形や八角形等の多角形状や、円形状等に構成することができる。
【００７５】
さらに、本発明では、リターン用のマグネットは必ずしも設ける必要はないが、設ける場合には、電子をマグネット群の隙間からマグネット群の外に飛び出させずに内側に戻す役割を果たすようにライン状に配列されればよい。この場合、ライン状とは直線状でも曲線状でもよく、既述のように１つのマグネットをライン状に形成してもよいし、複数個のマグネットを互いに接触させて配列してもよい。電子の飛び出しを防いで内側に戻す役割を果たす場合には、複数個のマグネットを互いに僅かに間隔を開けて配列するようにしてもよい。
【００７６】
さらに、マグネット配列体５は必ずしも回転させる必要はないが、回転させるときには、マグネット配列体５は回転機構５６により、ベース体５１の中心Ｏを回転中心として鉛直軸まわりに回転させるようにしてもよい。また、マグネット群５２は、マグネット配列体５を回転させたときに、ウエハ１０の投影領域全体に亘ってプラズマが発生するように構成されればよい。従って、マグネット配列体５を偏心回転させるときには、回転時にウエハ１０の外縁の一部がマグネット群５２の外側に位置する場合も、ウエハ１０の投影領域全体に亘ってプラズマが発生する場合に含まれる。
【００７７】
さらに、ベース体５１の中心Ｏから偏心させて回転させるときには、この偏心回転時に、ウエハ１０の外縁から５０ｍｍ外方の領域に、内側マグネット群５３とリターン用のマグネット５３の離間部分があるように設定すれば、成膜速度分布の均一性を良好にすることができる。同様に、偏心回転時にターゲット３１の外縁が内側マグネット群５３の外縁とリターン用マグネット８との離間部分に位置するようにターゲット３１とマグネット配列体５の大きさを設定すれば、ターゲット３１の全面でエロージョンを形成することができ、均一な成膜処理を行うことができる。
【００７８】
さらにまた、本発明では必ずしも載置部４を電極として用いる必要はなく、当該載置部４に高周波電力を供給する必要はない。さらにまた、電子のドリフトに基づいてプラズマが発生するように、棒状マグネット６が配列されればよく、マグネットの配列は上述の例に限らない。例えば、棒状マグネット６の配列間隔や形状をベース体５１の面内において変化させるようにしてもよい。
【００７９】
また、ターゲット３１の材質としては、タングステン以外に、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮx）、ルテニウム（Ｒｕ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）等の導電体や、酸化シリコン、シリコンナイトライド等の絶縁体が用いることができる。この場合、絶縁体よりなるターゲットを用いる場合には、電源部から高周波電圧を印加することにより、プラズマが生成される。また、導電体よりなるターゲットに対して高周波電圧を印加してプラズマを生成するようにしてもよい。
【００８０】
さらに、本発明のマグネトロンスパッタ装置は、図１２に示すように、ターゲット電極３に、ターゲット電極用の高周波電源部９１を接続して、ターゲット電極３に数百ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの高周波電圧を印加するようにしてもよい。図１２中９２は、高周波電源部９１からの高周波電圧が電源部３３の回路に侵入することを抑制するためのフィルタ回路である。また、ターゲット３１とスパッタ位置にあるウエハ１０との間に、このウエハ１０を囲むように、複数の補助電極９３をウエハ１０の周方向に間隔を開けて配置し、この補助電極９３に補助電極用の高周波電源部９４から高周波電圧を印加するようにしてもよい。
【００８１】
ターゲット電極３に、電源部３３から直流電圧を印加すると共に、高周波電源部９１から高周波電圧を印加しながらスパッタ処理を行うと、ターゲット電極３の電流密度が高くなり、より成膜速度が速くなる。また、ターゲット電極３に、電源部３３とターゲット電極用の高周波電源部９１のいずれか一方から電圧を印加すると共に、補助電極９３に高周波電源部９４から高周波電圧を印加しながらスパッタ処理を行なうと、ターゲット電極３の電流密度が高くなり、より成膜速度が速くなる。図１２の構成においても、載置部４にバイアス電圧を印加してスパッタ処理を行うようにしてもよい。
【００８２】
以上において、本発明のマグネトロンスパッタ装置は、半導体ウエハ以外の液晶や太陽電池向けガラス、プラスチック等の被処理基板のスパッタ処理に適用できる。
【符号の説明】
【００８３】
１０ 半導体ウエハ
２ 真空容器
２４ 真空ポンプ
３ ターゲット電極
３１ ターゲット
４ 載置部
４１ 高周波電源部
５ マグネット配列体
５２ マグネット群
５３ 内側マグネット群
６ 棒状マグネット
７ コア部材
８ リターン用マグネット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に載置された被処理基板に対向するようにターゲットを配置し、このターゲットの背面側にマグネットを設けたマグネトロンスパッタ装置において、
前記ターゲットに電圧を印加する電源部と、
前記ターゲットの背面側に設けられたベース体にマグネット群を配列したマグネット配列体と、を備え、
前記マグネット配列体は、
両端が互いに異極である棒状のマグネットを、ターゲットに対向する面に沿って網の目状に配置したことと、
各網の目の形状が２ｎ（ｎは２以上の整数）角形であることと、
網の目の交点にて棒状のマグネットの端面に囲まれる領域には透磁性のコア部材が設けられていることと、
コア部材を囲む棒状のマグネットの端部同士は互いに同極であることと、を備えていることを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
【請求項２】
前記マグネット配列体は、被処理基板の投影領域全体に亘ってプラズマが発生するように、マグネット群を構成する複数のＮ極及びＳ極が配列されていることを特徴とする請求項１記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項３】
前記マグネット群は、最外周に電子がカスプ磁界の拘束から解放されてカスプ磁界の外に飛び出すことを阻止するようにライン状に配列されたリターン用のマグネットを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項４】
前記マグネット配列体を被処理基板に対して直交する軸の周りに回転させるための回転機構を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項５】
前記被処理基板におけるターゲットとは反対側に設けられた電極と、
この電極に高周波電力を供給する高周波電源部と、を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項６】
スパッタ時における前記ターゲットと被処理基板との距離が１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項７】
コア部材を囲む棒状のマグネット同士の間では、前記コア部材の端部から棒状マグネットの端部に至る距離が揃っていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項８】
前記網の目の形状は正方形であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項１】
真空容器内に載置された被処理基板に対向するようにターゲットを配置し、このターゲットの背面側にマグネットを設けたマグネトロンスパッタ装置において、
前記ターゲットに電圧を印加する電源部と、
前記ターゲットの背面側に設けられたベース体にマグネット群を配列したマグネット配列体と、を備え、
前記マグネット配列体は、
両端が互いに異極である棒状のマグネットを、ターゲットに対向する面に沿って網の目状に配置したことと、
各網の目の形状が２ｎ（ｎは２以上の整数）角形であることと、
網の目の交点にて棒状のマグネットの端面に囲まれる領域には透磁性のコア部材が設けられていることと、
コア部材を囲む棒状のマグネットの端部同士は互いに同極であることと、を備えていることを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
【請求項２】
前記マグネット配列体は、被処理基板の投影領域全体に亘ってプラズマが発生するように、マグネット群を構成する複数のＮ極及びＳ極が配列されていることを特徴とする請求項１記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項３】
前記マグネット群は、最外周に電子がカスプ磁界の拘束から解放されてカスプ磁界の外に飛び出すことを阻止するようにライン状に配列されたリターン用のマグネットを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項４】
前記マグネット配列体を被処理基板に対して直交する軸の周りに回転させるための回転機構を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項５】
前記被処理基板におけるターゲットとは反対側に設けられた電極と、
この電極に高周波電力を供給する高周波電源部と、を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項６】
スパッタ時における前記ターゲットと被処理基板との距離が１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項７】
コア部材を囲む棒状のマグネット同士の間では、前記コア部材の端部から棒状マグネットの端部に至る距離が揃っていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項８】
前記網の目の形状は正方形であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載のマグネトロンスパッタ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−１０８１００（Ｐ２０１３−１０８１００Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１６７３（Ｐ２０１１−２４１６７３）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]